Каталог статей и схем


В.Лифарь. Входное сопротивление смесителя на ВПД В.Т. Полякова с автоматическим смещением
     Второй вариант ВПД, предложенный В.Т.Поляковым, содержал дополнительно резистор и конденсаторы, при помощи которых создавалось автоматическое смещение на диодах. Это решение предполагало решение проблемы обычного ВПД, состоящей в необходимости тщательного подбора амплитуды возбуждения гетеродина, которая существенным образом влияла на параметры смесителя. Что при этом происходит с входным сопротивлением смесителя, также представляет собой интересный вопрос, который неоднократно обсуждался на страницах радиолюбительских изданий.  Использование измерительной схемы в модели дает нам возможность непосредственно измерять комплексное входное сопротивление смесителя этого типа смесителя как в режиме согласованной, так и не согласованной нагрузки.
    Рассмотрим типовую схемотехнику ВПД с автосмещением. На рис.1 представлена типовая схема смесителя на ВПД с автосмещением для приемника прямого преобразования.
    Сигнал с антенны поступает во входной контур L1C1, к которому подключен ВПД. Автосмещение ВПД организовано при помощи цепи из R1, параллельно которому включены С2 и С3, включенных последовательно. Из средней точки снимается выходной НЧ сигнал. Через емкость С4 на ВПД подается сигнал гетеродина с частотой Fs/2. Емкость С4 вместе с L2 и С5 выполняет роль фильтра нижних частот с резистором нагрузки смесителя R2. Влиянием вторичной обмотки Tr1 на низких частотах можно пренебречь.
     В предыдущей статье мы уже рассказали о том, что происходит с входным сопротивлением смесителя ВПД без автосмещения. Спрашивается, сильно ли входное сопротивление ВПД с автосмещением отличается от входного сопротивления без автосмещения. Зависит ли оно от напряжения гетеродина или нет? Изначально предполагалось, что при автосмещении такая зависимость должна быть сильно ослаблена. Но так ли это?
     Зная вид ВАХ диода, несложно догадаться, что вблизи точки излома ВАХ, свойства диода резко меняются, и это, безусловно, должно сказываться на входном сопротивлении смесителя. Однако при автосмещении предполагается, что смещение на диодах будет отличаться от нуля и даже меняться в некоторых пределах, т.е. область нелинейности ВАХ диода будет частично скомпенсирована и точка открытия диодов будет смещена в область меньших амплитудных значений. Тем более, что известно о необходимости тщательного подбора этой самой амплитуды гетеродина для достижения максимума коэффициента преобразования смесителя и минимизации его собственных шумов [1]. Остается открытым вопрос, как это реализуется в схеме с автосмещением.
     Для подтверждения этого мы провели моделирование смесителя ВПД с автосмещением на предмет выявления зависимости входного сопротивления от напряжения гетеродина. Схема модели ВПД с автосмещением представлена на рис.2.

Рис.2
     
     На вход модели ВПД подают сигнал амплитудой 70,7 мВ действующих с частотой 999 кГц (нижняя боковая частота), что соответствует пиковой амплитуде 100 мВ. Сопротивление источника сигнала 50 Ом. Далее стоит идеальный (без потерь) трансформатор (модель) с коэффициентом трансформации 1:1. Это нужно, чтобы НЧ токи смесителя могли замыкаться на землю, как это происходит в том случае, когда ВПД подключен напрямую к контуру, как на рис. 1. В модели ВПД использованы широко распространенные и доступные сегодня диоды 1N4148 (аналог КД522). Перед ВПД стоит схема измерения входного сопротивления, на выходе которой два измерительных прибора - вольтметра. Так же как и в первой статье мы использовали при измерении последовательное соединение Rs и Cs в качестве комплексного входного сопротивления смесителя.
     На выходе ВПД стоит фильтр нижних частот (ФНЧ), в качестве которого применен П-фильтр с частотой среза 3 кГц. Нагрузкой ФНЧ является резистор 1 кОм. Так сделано потому, что именно этот вариант встречается наиболее часто. Напряжение гетеродина подается через С4. Величина этого напряжения будет изменяться, и наш измерительный прибор нам покажет, как именно будет изменяться входное сопротивление ВПД. Результаты замеров при сопротивлении автосмещения 1 кОм приведены в таблице 1.
Таблица 1

Ug, V

Rs, Om

Xs,Om

Un,mV

Ku

Ku,dB

 

Cs, нФ

1,00

238,50

930,70

24,91

0,2491

-12,07

 

0,171

1,05

68,13

437,90

43,04

0,4304

-7,32

 

0,364

1,10

-43,40

60,35

68,45

0,6845

-3,29

 

2,641

1,20

-43,40

60,35

69,01

0,6901

-3,22

 

2,641

1,30

-43,40

60,35

69,01

0,6901

-3,22

 

2,641

1,40

-46,11

41,99

69,17

0,6917

-3,20

 

3,796

1,50

-47,37

32,13

68,76

0,6876

-3,25

 

4,961

1,60

-48,08

25,91

68,17

0,6817

-3,33

 

6,152

1,70

-48,52

21,53

67,36

0,6736

-3,43

 

7,403

1,80

-48,85

18,33

66,22

0,6622

-3,58

 

8,696

1,90

-49,04

16,23

65,70

0,657

-3,65

 

9,821

2,00

-49,17

14,83

64,74

0,6474

-3,78

 

10,748

    В первом столбце приведены амплитуды гетеродина в действующем значении. Для перевода в амплитудное значение требуется эту величину умножать на коэффициент 1,41. Второй и третий столбцы показывают измеренное значение активной и реактивной составляющей в Омах. Четвертый и пятый столбцы показывают значение амплитуды НЧ сигнала 1 кГц на выходе смесителя в милливольтах и в разах. В шестом столбце приведен полученный коэффициент преобразования ВПД в дБ (чем его отрицательное значение меньше, тем лучше, т.е. Ku стремится к 1, что соответствует 0 дБ, т.е. преобразование происходит без потерь). В отдельном столбце приведены значения номинала емкости в нФ, соответствующее значению реактивного сопротивления, указанному в третьем столбце таблицы.
     Про отрицательное значение сопротивлений мы уже говорили в предыдущей статье. Знак  указывает, в каком направлении течет преобладающий ток в данном участке цепи. Новым является другое – входное сопротивление не сразу устанавливается в своё номинальное значение. Оно плавно нарастает по мере заряда емкостей автосмещения. Поэтому пришлось ожидать примерно 50 мСек перед считыванием номиналов.
     Теперь о главном. В этом, наряду с данными таблицы 1, нам поможет разобраться приведенная ниже диаграмма.
      С учетом предыдущих данных с ростом амплитуды гетеродина входное сопротивление резко падает, поэтому мы сразу взяли начальную амплитуду ГПД равной 1 В.
     Так же как и в предыдущем варианте ВПД при амплитуде около 1,08 В входное активное сопротивление переходит через ноль и входное сопротивление смесителя становится практически чисто реактивным с номиналом около 120 Ом. При дальнейшем росте амплитуды ГПД мы видим, что обратный ток становится преобладающим и активное сопротивление устремляется к величине сопротивления источника сигнала 50 Ом. А вот реактивная составляющая продолжает падать. Это эквивалентно росту величины ёмкости во входном сопротивлении смесителя. Какие именно получаются величины можно увидеть в последнем столбике.
     Теперь внимательно присмотримся к столбцу с величиной Ku. Там мы обнаруживаем, что при амплитуде 1,4 В смеситель на ВПД имеет максимум Ku= -3,20 дБ. Это практически совпадает с показателем для смесителя ВПД без автосмещения. Дальнейший рост напряжения гетеродина также приводит только к ухудшению этого показателя.
     Какие можно сделать выводы по полученным результатам? Первое и главное – это существенная зависимость всех параметров ВПД от напряжения гетеродина сохраняется и при наличии автосмещения. И так же существуют две точки на входной характеристике. Первая точка – при которой происходит превращение входного сопротивления в чисто реактивное равное примерно –j120 Ом. И вторая точка – существование точки с максимальным Ku смесителя, равным -3,20 дБ. В итоге  ВПД с автосмещением имеет такую же форму зависимости входного сопротивления, как у ВПД без автосмещения.
     Следующим вариантом, который следовало проверить – это что произойдет с входным сопротивлением, если увеличить сопротивление автосмещения с 1 до 5.1 кОм. Увеличится или нет входное сопротивление? И что вообще изменится в параметрах смесителя?
      В результате были получены следующие параметры, приведенные в таблице 2.
Таблица 2

     Ug, V

    Rs,Om

    Xs,Om

    Un,mV

        Ku

     Ku,dB

 

   Cs, нФ

1,00

274,60

1109,00

15,35

0,1535

-16,28

 

0,144

1,10

35,55

354,10

32,26

0,3226

-9,83

 

0,450

1,20

-7,96

181,90

39,20

0,392

-8,13

 

0,876

1,30

-19,40

118,40

41,58

0,4158

-7,62

 

1,346

1,40

-22,93

87,27

42,99

0,4299

-7,33

 

1,826

1,50

-24,70

69,36

43,18

0,4318

-7,29

 

2,298

1,60

-25,78

59,05

43,42

0,4342

-7,25

 

2,699

1,70

-26,40

52,01

43,68

0,4368

-7,19

 

3,065

1,80

-26,69

46,71

43,68

0,4368

-7,19

 

3,412

1,90

-27,04

43,16

43,68

0,4368

-7,19

 

3,693

2,00

-27,05

40,03

43,52

0,4352

-7,23

 

3,982

      Сравнение таблиц показывает, что с ростом сопротивления автосмещения входное сопротивление имеет такой же порядок величины и вид зависимости, как и в первом случае. А вот с Ку результат заметно хуже, чем в первом случае. Причина падения Ку скорее всего связана с тем, что сопротивление автосмещения фактически ограничивает ток сигнала, протекающий через диоды. Таким образом, миф о том, что увеличение сопротивления автосмещения приводит к повышению входного сопротивления не соответствуетдействительности.
     Положительный эффект автосмещения заключается в том, что при умеренном сопротивлении автосмещения наблюдается слабая зависимость Ку от напряжения ГПД в диапазоне 1,1-1,6 В. Это действительно факт, который позволяет использовать его для ослабления зависимости Ку смесителя при перестройки ГПД в разных диапазонах волн радиолюбительского КВ.
     Общие требования остаются прежними - очень тщательный подбор диодов и идентичности их ВАХ, а также подбор амплитуды гетеродина, форма которого тоже должна быть строго симметрична.

     Литература: 1. В.Т.Поляков, Приемники прямого преобразования для любительской связи, издательство ДОСААФ СССР, М., 1981г.

Категория: Самодельные | Добавил: Author (01.04.2011) | Автор: В.Н.Лифарь E
Просмотров: 5021 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 1
1   [Материал]
Первую часть статьи В.Лифаря "Входное сопротивление смесителя на ВПД В.Т. Полякова" читайте по ссылке http://smham.ucoz.ru/publ/9-1-0-223

Администрация СМР


Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]